工厂照明及配电系统设计论文主体部分

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）1.绪论本次设计的题目是某机械加工车间的工厂照明及配电系统设计，通过具体的实例工程设计，初步掌握工厂的电气照明系统及其相应的配电系统设计的基本方法以及防雷接地等具体保护措施，更好的将理论和实践相结合，将大学四年来所学的课程及知识应用到自己的专业中去，也为将来的工作打下良好的基础。同时也可更加详细的学习电气规范，提高自己独立完成工程设计的实际操作和研究能力。1.1工厂照明及配电概述照明是人们生产、工作、学习中最基本和最重要的需求。我国经济正处于高速发展阶段，随着人们生活水平的不断提高，对照明用电的需求也迅速增长，照明用电已成为我国电力需求的重要部分。就目前我国的国情来讲，建筑电气技术仍处于发展中。因建筑电气设计方式和维护管理工作不善而导致工业与民用建筑等场所的电气照明的功效不良，如照度水平该高的地方不高，该低的地方反而很亮，耗电多，达到的照度水平低，照明质量差，既不利于人们劳动或其他活动的视觉工作，而且造成了电气照明能量的严重浪费。能源短缺严重影响我国现代化建设的发展。节能在各行各业中均已得到充分重视。建筑电气设计工作者更应在进行建筑电气设计时，应充分考虑照明设施的维护管理问题，充分发挥电气照明设施的能效。为国家节约每一度电，为现代化建设作贡献，是每一位建筑电气设计工作者责无旁贷的职责与义务。新的建筑照明标准中,指出在满足照度要求的前提下，减少单位建筑面积的照明用量。工厂越来越重视照明对企业生产效率提高的作用，正逐步替换能耗高、照度低的照明灯具。电气照明是工厂供电的一个组成部分。良好的照明是保证安全生产、提高效率、保护工人健康的必要条件。电气照明分为一般照明和局部照明。一般照明是指整个房间或整个工作面上施行满足要求的均匀照明。局部照明是指满足室内某一局部地点（或特定的实际工作面）工作需要而设置的照明。一般工厂的照明常为一般照明与局部照明共同组成的照明，称为混合照明，照明的种类有工作照明和事故照明。工作照明是指用来保证被照明场所正常工作所需要的照明。事故照明是指当工作照明由于电气事故熄灭后，为了继续工作或疏散人员而设置的照明。事故照明一般采用白炽灯，应与工作照明分有由不同的回路供电。照明设计需遵循一定的原则，主要有：照明方式的选择原则：（1）当不适合装设局部照明或采用混合照明不合理时，宜采用一般照明。（2）当某一工作区需要高于一般照明照度时，可采用分区一般照明。（3）对于照度要求较高，工作为值密度不大，且单独装设一般照明不合理使宜采用混合照明。（4）在设置局部照明的场所，仍要有一般照明，否则会影响视觉功能。照明种类的选择原则:（1）工作场所均应设置正常照明。正常照明是电气照明设计中的主要内容。（2）在正常照明因故障熄灭后，对需要确保正常工作或活动继续进行的场所，当装备用照明。（3）在正常照明因故障熄灭后，对需要确保处于危险之中的人员安全的场所，应装设安全照明。（4）在正常照明因故障熄灭后，在事故情况下为确保人员安全撤离的出口和通道，应装设疏散照明。光源的选择原则:（1）满足使用场所对显色指数要求，并考虑色表。（2）考虑节能，力求选择高效光源。（3）考虑限制眩光，开关频率程度等因素。工厂供配电系统由工厂降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路及用电设备组成。工厂降压变电所的作用是把电力系统供给的高压电能，经过变电所的各级降压，变成用电设备所需要的较低的电压电能，然后通过配电装置和配电线路将电能送到个车间。降压变电所可分为一次降压和二次降压两种。大型工厂和某些负荷较大的中型工厂，往往采用35110KV的电源进线。一般都经过两次降压，先经过工厂总变电所，将35110KV的电源电压降至0KV，然后经过高压配电线路将电能送到个车间变电所，再由610KV降至380220V。这种供电方式称为二次降压供电方式。工厂的高压配电线路（610KV）主要作为厂区内输送分配电能之用。通过它把电能输送到各个生产车间。一般的小型工厂多采用610KV进线，或采用35KV电源进线，经变电所一次降压至380/220V，为一次降压供电方式。工厂供电系统中变电所的作用是接受电能、变换电能和分配电能，而配电所的作用是接受电能和分配电能。两者的区别主要是变电所设有电力变压器。在实际工作中为了节约占地和投资，把变、配电设备装设在同一设施内，称为变配电所。工厂照明及配电系统设计还应考虑防雷和接地，包括具体的防雷措施和防雷设备，以及工厂接地设计，以保证整个系统的可靠和安全运行，这部分内容将在后面章节介绍。1.2设计背景1.2.1机械厂加工车间的基础资料机械厂加工车间总平面图：操作间：长48m，宽21m；热处理室：长12m，宽9m；工艺室：长3m，宽6m工具室：长3m，宽6m；低压配电室：长2.5m，宽7.5m；高压室：长2.5m，宽3.5m1.2.2设计要求：(1)设计过程中，应具有高度的责任感，充分发挥主观能动性，按时高质量的完成毕业设计任务。(2) 设计方案要符合国家各级有关技术标准和规范。(3)设计计算准确、完整，问题探讨清楚，方案流畅，书写工整，计算书按规定装订。(4) 图纸表达清楚准确，图面清洁，折叠规范。(5) 认真准备和完成毕业答辩。1.2.3设计的主要内容（1）有关照明的具体计算和照明平面布置图。（2）负荷计算和短路电流的计算。（3）变电所一次设备的选择校验和进出线的选择。（4）变电所二次回路方案的选择以及继电保护的整定。（5）绘出变电站主接线图。（6）提出一些可靠的防雷和接地措施。2.电气照明设计工厂照明分为自然照明和人工照明两大类，而电气照明是工厂照明中应用范围最广的一种照明方式。照明设计是否合理，都直接影响到生产产品的质量和劳8动生产率以及工作人员的视力健康。因此工厂照明的合理设计对工业生产具有十分重要的意义。2.1照明技术的有关概念2.1.1光和光谱(1)光光是物质的一种形态，是一种辐射能，在空间中以电磁波的形式传播，其波长比无线电波短而比X射线长。这种电磁波的频谱范围很广，波长不同其特性也截然不同。(2)光谱白光线中不同强度的单色光，按波长长短依次排列，称为光源的光谱。光谱的大致范围包括：红外线波长为780nm1mm可见光波长为380nm780m紫外线波长为1nm380m。波长为380nm780m的辐射能为可见光，它作用于人的眼睛就能产生视觉。但人眼对各种波长的可见光，具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555nm的黄绿色光最敏感，因此波长越偏离555nm的辐射，可见度越小。2.1.2 光的度量 (1)光通光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量。用符号表示，单位为流明（lm）。(2)光强光强就是发光强度，是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。(3)照度受照物体表面的光通密度称为照度。用符号E表示，单位为勒克斯（lx）。(4)亮度发光体（受照物体对人眼可看作是间接发光体）在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度。用符号L表示，单位为cd/。2.1.3光源的色温与显色性(1)色温色温就是当某一种光源的色品（用CIE1931 标准色度系统所表示的颜色性质）与某一温度下绝对黑体的色品相同时的绝对黑体的温度。用Tc表示，单位是K（凯尔文）。所有物体自身在绝对零度之上的任何温度都会发出电磁波辐射。一定时间内辐射能量的多少，以及辐射能量按波长分布的状况都与温度有关。绝对黑体在任何温度下对任何波长的入射辐射都完全吸收（即吸收比为1）。由于排出了周围环境的影响，使得它发出的辐射仅由温度决定。随着温度的增加，绝对黑体辐射能量增大；并且，其功率波谱的峰值向短波方向移动。也就是，温度升高，人眼看上去不仅亮度增加，颜色也随之变化。(2)显色性统一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性。为表征光源的显色性能，引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数Ra是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。2.1.4 眩光由于视野中的亮度范围或者亮度分布不均匀，或存在极端的对比，以至于引起不舒适的感觉或者降低观察细节部分及目标的能力的视觉现象，称为眩光。眩光是人的视觉特性，它受制于环境因素，且由人眼的生理特点所决定。2.1.5 照明方式和种类(1)照明方式在工业企业中,照明按装设方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。1）一般照明 供照度要求基本均匀的场所之照明。2）局部照明 仅供工作地点(固定式或便携式)使用的地方。3）混合照明 一般照明和局部照明组成的照明。对工作位置密度很大而对光照方向无特殊要求的场合，宜采用一般照明；对局部地点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明；对工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。(2)照明的种类照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明。1）工作照明 正常工作时的室内照明。2）事故照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明。3）值班照明 非生产时间内供值班人员使用的照明。4）警卫照明 警卫地区周界的照明。5）障碍照明 在高层建筑上或基建施工、开挖地段时，作为障碍标志用的照明。工作照明一般可以单独使用，也可和事故照明、值班照明同时使用，但控制线路必须分开。事故照明应装设在可能引起事故的设备、材料周围及主要的通道和入口处，并在灯的明显部位涂上红色，且照度不应小于场所所规定照度的10%。三班制生产的重要车间及有重要设备的车间和仓库等场所应装设值班照明。障碍照明一般用闪光、红色灯显示。2.2常用照明光源和灯具照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。2.2.1照明光源电光源就是将电能转换成光学辐射能的器件。照明工程中常用的电光源按发光原理可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。(1)热辐射光源1）白炽灯 白炽灯是根据电流的热效应制成的发光器件，它是将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源，至500时开始发出可见光，随温度增加，从红-橙黄-白逐步变化。性能特点及应用：辐射光谱连续；显色性好，近似Ra=100；色温低，约在2500K-3200K（普通型号在2700K-2900K）；光效低，约在9-34lm/W；散热量大；寿命短，约在1000h。从以上性能可以看出，白炽灯发光效率极低，能耗极大，但由于它的显性好，在特定的要求下还在采用。2）卤钨灯卤钨灯是在白炽灯的基础上，进行技术改进而产生的新型照明电光源。它有体积小、寿命长、光效高、亮度强、使用方便、价格；便等一系列优点，在宾馆、商场、医院、电影院等场所得到广泛应用。卤钨灯的发光原理和白炽灯完全相同。其性能的提高在于玻壳内不但被抽成真空，充入了适量的惰性气体，如氩气、氮气，而且还充人了化学卤族元素及其卤化物，如碘、溴、溴化氢等。灯泡点燃后，灯内温度上升，达到2501200时钨便会蒸发，扩散到玻壳内壁，灯内的卤族元素分子电同样受高温而分解充满灯体内。由于灯管壁壳温度较低(约250)，于是卤素分子和钨便发生化学反应生成卤化物，而卤化物是一种极不稳定的化合物，易挥发。当它靠近1200以上的灯丝，又被高温分解为卤素分子和钨。这样大部分的钨可重新回到灯丝上。而卤素分子又扩散到离灯丝较远温度较低的玻壁附近，再度与蒸发出的钨发生反应生成卤化物。这样不但提高了发光效率和维持更好的光通，而且延长了灯泡的使用寿命。 卤钨灯按灯内所充卤元素的不同分为两种：碘钨灯(灯内充碘)和溴钨灯(灯内充溴)。碘钨灯的特点：碘钨灯的优点是体积小、效率高、功率大、寿命长、安装简单、使用方便。缺点是耐震性差。溴钨灯的特点：体积小、亮度高、彩色还原好，一般在要求强光的场合下使用，寿命较短。(2)气体放电光源1）荧光灯 荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。2）高压汞灯高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞与惰性气体。放电时，内部汞蒸气压为2-15个大气压，因此称为高压汞灯。高压汞灯，应用了先进的制灯工艺，使高压汞灯的光效更高，寿命更长。发白光，色温4100K左右，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，道路照明灯领域。自镇流高压汞灯，由于该产品不需要外接镇流器，所以使用非常方便。其光效是白炽灯的2倍，寿命是白炽得灯的10倍，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，庭院照明，街区照明等领域。高压汞灯通常采用并联补偿电容的电感镇流器。另一种自镇流高压汞灯，由于在外泡壳内安装了一根钨丝作为镇流器，因此不必再外接镇流器而方便使用。3）高压钠灯高压钠灯的基本结构，主要由灯丝，双金属片热继电器，放电管，玻璃外壳，等组成，放电器由半透明的多晶氧化铝陶瓷制成，充有汞和汞钠剂，能产生很高压力的汞蒸气，灯丝由钨丝制成螺旋形或编织成能储存一定数量的碱土金属氧化物的形状，当灯丝发热时，碱土金属氧化物发射电子。双金属的作用是：当灯接入电源后，电流经过镇流器，热电阻，双金属片而形成通路，热电阻发热后，双金属片断开，由镇流器产生的瞬间自感电动势使管内的惰性气体电离击穿放电，温度升高后，汞也随着气化放电，使钠成为气态放电而产生强光。高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。4）金属卤化物灯金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料，金属卤化物以固体形态存在灯内。因此，灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙，以便点燃灯泡。灯点燃后，首先工作在低气压弧光放电状态，此时灯两极电压很低，约1820V，光输出也很少，这时主要产生热能，使整个灯体加热，引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发，成为金属卤化物蒸气，在热对流的作用下，不断向电弧中心流动，一部分金属卤化物被电弧55006000K高温分解，成为金属原子和卤素原子，在电场的作用下，金属原子被激发发光；另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解，在高温和电场双重作用下，直接激发形成分子发光。金属卤化物灯的最大优点是发光效率特别高，光效高达8090Lm/W，正常发光时发热少，因此是一种冷光源。由于金属卤化物灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱，故显色指数特别高，即彩色还原性特别好，可达90%。另外，金属卤化物灯的色温高，可达50006000K，专用投影机灯可达70008000K。在同等亮度条件下，色温越高，人眼感觉越亮。5）氙灯填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗，制作光谱仪光谱。氙灯是一种发光功率大，接近日光的灯，分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三类。2.2.2灯具的特性与分类(1)灯具的特性照明灯具的特性可以从灯具的配光曲线、保护角和灯具光效率等三个指标加以衡量。1）配光曲线所谓配光曲线就是以平面曲线图的形式反映灯具在空间各个方向上发光强度的分布状况。具有旋转轴对称的灯具可用极坐标配光曲线。在光源中心及旋转轴的平面上测出不同角度的发光强度值，以某一位置为起点，不同角度上发光强度矢量的顶端所勾勒出的轨迹就是灯具的极坐标配光曲线。非旋转轴对称灯具如管型荧光灯灯具需要多个平面的配光曲线才能表明光的空间分布特性。对于聚光灯、投光灯和探照灯等类的灯具，其光辐射的范围集中用直角坐标配光曲线更能将其分布特性表达清楚。2）保护角保护角又称遮光角，用于衡量灯具为了防止眩光而遮挡住光源直射范围的大小。用光源发光体从灯具出口边缘辐射出去的光线和出口边缘水平面之间的夹角表示。 3）灯具光效率灯具的光效率是指在相同的使用条件下，灯具输出的总光通量与灯具中光源发出的总光通量之比。灯具光效率的数值总小于1。灯具光效率越高，光源光通量的利用程度越大，也就越节能。实际中应优先采用光效率高的灯具。(2)灯具的分类照明灯具的分类方法繁多，如按用途分类、按CIE推荐的根据光通量分配比例分类和按灯具外壳防尘、防水、防触电保护分类等。其中，按用途分类不再赘述，其余分类法将在这里加以叙述。 根据国际照明委员会CIE的建议，按灯具光通量在上下空间分布的比例分为五类：直接型、半直接型、漫射型（包括水平方向光线很少的直接间接型）、和间接型。 1）直接型灯具 此类灯具绝大部分光通量(90-100%)直接投射下方，所以灯具的光通量的利用率最高，但照明效果不理想。 2）半直接型灯具 这类灯具大部分光通量（60-90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的分量将反射下来，从而减少照明环境所产生的阴影的硬度并改善其格表面的亮度比。 3）漫射型或直接间接型灯具 灯具向上和向下的光通量几乎相同（各占40-60%） 最常见的是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，能产生很好的照明效果。 4）半间接型灯具 灯具向下光通量占（10-40%），他的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一类缺陷。 上面敞口的半透明罩属于这一类。他们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，光线更为柔和宜人。 5）间接灯具 灯具的小部分光通（10%以下）乡下。设计的好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于灯具向下光通很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。(3)灯具的选择灯具选择的基本原则有以下几点：1）功能原则：合乎要求的配光曲线、保护角、灯具效率、款式符合环境的使用条件。2）安全原则：符合防触电安全保护规定要求。3）经济原则：初投资和运行费用最小化。4）高效原则：在满足眩光限制和配光要求条件下，应选择效率高的灯具。 工业厂房的照明可采用荧光灯光带（槽式灯）或气体放电灯具，一般是普通照明结合局部照明。有些厂房工艺设备上有专门的局部照明，我们设计时只要考虑普通照明就可以了。工艺设备用电属动力用电，另外单独引入电源并预留。在工业厂房中，照明灯具的悬挂高度在4米左右时，可以选择荧光灯，悬挂高度在5米左右及以上时，一般选择适用的高压气体放电灯。工业建筑灯具安装状态按建筑层高划分一般划分为高顶棚、中顶棚、低顶棚三类。高顶棚类安装高度一般10米以上，采用2501000W的高压气体放电灯，狭形房间要求高照度时灯具为狭照型配光，对于面积大的宽型房间灯具用中照型配光；中顶棚类安装高度一般510米，采用小功率高压气体放电灯，灯具为中照型配光；低顶棚类安装高度一般小于5米，这时主要采用荧光灯或白炽灯。高压气体放电灯主要有高压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯。高压钠灯光效高，金属卤化物灯显色性好，高压汞灯显色性差。光效高的灯具一般用于室外场地，显色性好的灯具一般用于显色性要求高的场所。2.2.3 灯具的布置(1)灯具布置的基本要求保证最低的照度及均匀度；光线的射向是适当，无眩光、阴影；安装维护方便；布置整齐美观，并与建筑空间协调；安全、经济等。(2)灯具的平面布置1）均匀布置 均匀布置的灯具可摆列成正方形、矩形或菱形。矩形布置时，尽量使灯距L与L接近。为使照度更均匀，可将灯具排成菱形。等边三角形的菱形布置，照度计算最为均匀，此时L =1.732 L 布置灯具应按灯具的光强分布、悬挂高度、房屋结构及照度要求等多种因素而定。为使工作面上获得均匀的照度，较合理的距高比一般为1.41.8左右。从使整个房间获得较均匀的照度考虑，最边缘一列灯具离墙的距离为，当靠墙有工作面时，（0.20.3）L；当靠墙为通道时，（0.40.5）L。2）选择性布置 根据环境对灯光的不同要求，选择部灯的方式和位置。一般只要在需要局部照明或定向照明时，根据情况才考虑用选择性布置。2.3照度标准和照明质量照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。2.3.1照度标准(1)一般规定照度标准是国家有关部门制定与颁布的，各类建筑物和工作场所的光源应该符合的照度值。我国依据当前的具体国情，于2004年12月1日正式实施了GB 500342004 建筑照明设计标准 。标准中规定：照度标准值应按 0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx分级。注：标准规定的照度值均为作业面或参考面上的维持平均照度值。(2)照度标准值工业建筑的照度标准值见附录1。2.3.2照明质量照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量指标包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。(1)照度均匀度照度均匀度的定义为：给定工作面上的最低照度与平均照度之比，即：。最低照度是指参照面上某一点的最低照度，平均照度是指整个参照面上的平均照度。我国国家标准规定：公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域内的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业面临近周围的照度均匀度不应小于0.5；房间或场所内的通道和其它非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3。(2)亮度分布视野范围内亮度分布的合适与否，不仅关系到物体的可见度，而且还是舒适视觉的必要条件。因此，对空间分布有一定的要求，我国国家标准中推荐了房间内各个面的反射比（该表面的照度与工作面一般照度之比）的范围。 表2-1 房间表面反射比与照度比表面的名称 反射比顶棚0.60.9墙面0.30.8地面0.10.5作业面0.20.6(3)眩光限制眩光可以由光源和灯具直接引起，也可以有反射比高的表面形成的镜面反射而引起；它对人的生理和心理都将造成危害，因此必须采取措施加以限制。公共建筑和工业建筑常用房间或场所的不舒适眩光按新照明设计标准采用统一眩光值（UGR）评价，室外体育场所的不舒适眩光应采用眩光值（GR）评价。直接型灯具的遮光角不应小于下表： 表2-2 直射型灯具的遮光角 光源平均亮度（kcd/） 遮光角（） 120102050155050020500以上30 可用下列方法防止或减少光幕反射和反射眩光： 1）避免将灯具安装在干扰区内； 2）采用低光泽度的表面装饰材料； 3）限制灯具亮度； 4）照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑有视觉显示终端的工作场所照明应限制灯具中垂线以上等于和大于高度角的亮度。灯具在该角度上的平均亮度限值应符合下表的规定： 表2-3 灯具平均亮度限制屏幕分类屏幕质量好中差灯具平均亮度限值1000cd/200cd/(4)光源的颜色不同光谱分布的光线在视觉心理上会有不同的感觉。低色温（3300K以下）的光源给人以“暖”的感觉在室内可以营造温馨轻松的气氛；高色温（5300K以上）的光源接近自然光色，给人以“冷”的感觉，使人精神振奋。正确的物体彩色感觉只有在光源光谱分布接近自然光的情况下才能形成。在光源光谱分布与自然光相差较大的条件下，被照物体的颜色将有较大的失真。长期工作和或停留的房间或场所的显色指数不宜小于80。在灯具安装高度大于6m的工业建筑场所，可低于80，但必须能够辨别安全色。2.4照度计算照度计算是照明设计的重要内容,照度计算又是照明功能效果计算的重要组成部分。照度计算的目的是根据所需要的照度值,结合其它已知条件(如照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)来决定灯泡的容量或灯的数量。 2.4.1逐点照度计算法 逐点照度计算法又叫平方反比法，它可以求出工作面上任何一点的直射照度。当光源的尺寸和它到被照面的距离相对非常小时，可以忽略光源的大小认为是“点光源”。点光源到被照面上某个照度计算点的水平照度为： 式中： 照度计算点的水平面照度（lx）； 光源照射方向的光强（cd）； 光源的入射角； 光源与计算点之间的距离（m）。当有多个点光源时，逐一计算每个光源对计算点的照度，然后叠加起来即可。实际工程为了简化计算，利用空间等照度曲线法和平面相对等照度曲线法。(1)空间等照度曲线法具有旋转轴对称配光特性灯具的场所，可利用“空间等照度曲线”进行水平照度计算。只要知道计算高度h和水平距离d就可以从曲线上查得该点的水平照度值。由于曲线是按光源的光通量为1000lm绘制的，所以查得的数值好要根据实际光通量进行换算。被照计算点的水平照度值为： 式中： K 维护系数； 每个灯具的总光通量（lx）； 各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）。(2)平面相对等照度曲线法 非对等配光曲线的灯具可使用“平面相对等照度曲线”进行计算。由于曲线是假设计算高度1m的条件下绘制的，所以公式为： 式中：K 维护系数； 每个灯具的总光通量（lx）； 各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）；灯具的计算高度（m）。2.4.2 光通利用系数法利用系数法是计算工作面上平均照度的常用方法。利用系数是指投射到工作面上的光通量（包括灯具的直射光通量和墙面、顶棚、地面等的反射光通量）和灯具发出的总光通量的比值。(1)计算公式 式中：工作面的平均照度值（lx）； 利用系数； K维护系数； N灯具数量； 每个灯具内的总光通量（lm）； S工作面的面积（）。(2)利用系数的选取1）确定房间的空间特性系数房间横截面的空间分为个部分，灯具出口平面到顶棚空间；工作面到灯具出口平面之间的叫室空间；工作面到地面之间的叫地板空间。个空间分别有各自的空间系数。 室空间系数为 RCR= 顶棚空间系数为 CCR= 地板空间系数为 FCR= 式中：室空间高度（m）； 顶棚空间高度（m）； 地板空间高度（m）； L 房间的长度（m）； W房间的宽度（m）。2）确定顶棚、地板空间的有效反射比和墙面的平均反射比射向灯具出口平面上方空间的光线，除一部分吸收之外，剩下的最终还要从灯具出口平面向下射出。那么，可把灯具开口平面看成一个有效反射比为的假象平面。同样，地板空间的反射效果也可用一个假想平面来表示，其有效反射比为。（顶棚、地板）空间的有效反射比由下式求得： = 式中：（顶棚、地板）空间各表面的平均反射比； （顶棚、地板）的平面面积； （顶棚、地板）空间内所有表面的总面积。 如果某个空间是由i个表面组成，则平均反射比为 式中：第i个表面的反射比； 第i个表面的面积。3）确定利用系数在求出RCR、后，按灯具的利用系数表可查出其利用系数。如系数不是表中的整数，可用插值法算出对应值。一般情况下，系数表是按=20%求得的。2.4.3 单位容量法光源的单位容量是指在单位水平面积上光源的安装电功率，它实际上是光源电功率的面密度。即 = 式中：单位容量； 房间安装光源的总功率； S房间的总面积。单位容量法就是利用已经制作好的“单位面积光通量”或“单位面积安装电功率”数据表格进行计算。根据已知条件在表上查得单位容量，室内照明的总安装容量为 =S 室内所需要的灯具数量为 N= 式中：每盏灯具的光源容量（W）； N灯具数量（盏）。2.5机加工一车间的照明计算电缆选择原则:(1)根据计算负荷电流选断路器整定值；(2)根据断路器整定值选电缆;(3)导线及断路器选择时要前后级之间相互配合,前一级断路器整定值至少比下一级断路器整定值高一级;(4)动力设备考虑自启动影响,断路器整定时要选高一级数值。根据工程实践，各照明回路选线均为：BV-2*2.5，穿PVC管敷设。本设计亦如此。实际上，2.5mm2的铜线载流量至少为17A，而一般的单回路的计算电流不过16A，灯具不超过25个，所以选BV 2*2.5mm2 合适的。灯具的确定：设计前期采用单位容量法估算灯具的个数。后期施工图纸的绘制过程采用利用系数计算法计算：采用单位面积功率法每个房间的有功功率： 计算电流: 用电设备组计算负荷： 配电干线计算负荷 式中 W-单位面积功率（W/m2） S- 供电面积（） -同时系数 -需要系数 Q-用电设备组无功功率（KVA） P-用电设备组有功功率（W）cos-有功功率因数tg-正切角（用来求无功功率）利用系数法计算公式如下： 布灯具数 n=AEav（NUK）式中 A-房间受照面面积，单位为m2；Eav-受照房间平均照度，单位lx；N-为每盏灯具发出的光通量，单位lm；U-利用系数，根据房间的室形指数，表面反射系数和灯具型式等查表可的；K-维护系数，受光源本身使用期间光通衰减程度、灯具受 环境污染程度的影响，一般办公室取值为0.8。室空间比： RCR= 5hR (L+B)LB式中 L-房间的长度；B-房间的宽度。hRC -室空间高度。抹灰并大白粉刷的栅顶反射率 cc=70%；喷白的砖墙或或混凝土屋面反射率 w=50%；混凝土地面的反射率 F=30%； 由加工车间的平面布置图可知，该加工车间有操作间、热处理室、工艺室、工具室、低压配电室、高压室组成。操作室采用高压钠灯（NG70/M型，光通量5600lm），热处理室、工艺室、工具室、低压配电室、高压室均采用普通单管荧光灯（T8型，2400lm）1）操作间房间等效为标准矩形，房间长度L： 约48m 房间宽度B：21m 计算高度hRC： 6.0m室空间比RCR=5*hRc (L+B) / LB = 5*6*69/1008 =2.1顶棚反射率c=70% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U ： 0.73照度要求： 100lx计算数目n ：n=(Eav*A)/( N*U*K)=100*1008/(5600*0.73*0.8)=29.6灯具数目： 取30套。照度校验： Eav=n*N*U*K/A=30*5600*0.73*0.8/1008=97.33lx2）热处理室房间等效为标准矩形，房间长度L： 约12m ,房间宽度B：9m 计算高度hRC： 3.0m室空间比RCR=5*hRc (L+B) / (LB) =2.92顶棚反射率c=50% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U ： 0.60照度要求： 50lx计算数目n ：n=(Eav*A)/( N *U*K)= 50*108/(2400*0.60*0.8)=4.68灯具数目： 取5套。照度校验： Eav=n*N *U*K/A=5*2400*0.60*0.8/108=53.34lx3）工艺室房间等效为标准矩形。房间长度L： 约3m， 房间宽度B： 约6m 计算高度hRc： 3.0m室空间比：RCR=5*hRc (L+B) / (LB) =8.1顶棚反射率c=50% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U ：0.31照度要求：90lx计算数目n： n=(Eav*A)/( N *U*K)= 90*18/(2400*0.31*0.8)=2.72灯具数目： 根据房间的结构选3套照度校验： Eav=n*U*M/A=3*2400*0.31*0.8/18=118.4lx4）工具室房间等效为标准矩形。房间长度L： 约3m， 房间宽度B： 约6m 计算高度hRc： 3.0m室空间比：RCR=5*hRc (L+B) / (LB) =8.1顶棚反射率c=50% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U ：0.31照度要求：90lx计算数目n： n=(Eav*A)/( N *U*K)= 90*18/(2400*0.31*0.8)=2.72灯具数目： 根据房间的结构选3套照度校验： Eav=n*U*M/A=3*2400*0.31*0.8/18=118.4lx5）低压配电室房间长度：2,5m 房间宽度：7.5m 计算高度hRc： 3.0m室空间比：RCR=5*hRc (L+B) / (LB) =8顶棚反射率c=50% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U=0.31照度要求: 75lx计算数目：n=(Eav*A)/( N *U*K)=75*18.75/(2400*0.31*0.8)=2.3 实配灯具数目：根据均匀布置法选3套照度校验： Eav=n*N *U*M/A=3*2400*0.31*0.8/18.75=95.23lx6）高压室房间长度：2.5m,房间宽度：3.5m 计算高度hRc： 3.0m室空间比：RCR=5*hRc (L+B) / (LB) =10.28顶棚反射率c=50% ,墙壁反射率F=50% ，地面反射率w=30% ,查得利用系数U=0.26照度要求： 60lx计算数目: n=(Eav*A)/( N *U*K)=60*8.75/(2400*0.26*0.8)= 1.1 实配灯具数目：选2套照度校验： Eav=n*N *U*M/A=2*2400*0.26*0.8/16.8=59.4lx由以上计算可画出照明平面简图如下：照明平面简图操作室： 高压钠灯（NG70/M型，光通量5600lm），30套热处理室：普通单管荧光灯（T8型，2400lm）,5套工艺室：普通单管荧光灯（T8型，2400lm）, 3套工具室：普通单管荧光灯（T8型，2400lm）, 3套低压配电室：普通单管荧光灯（T8型，2400lm）, 3套高压室：普通单管荧光灯（T8型，2400lm）, 2套3配电系统设计3.1负荷计算计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要依据。如计算负荷确定过大，讲使电器和导线截面选择关于过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，以致发生事故同样造成损失。为此，正确进行负荷计算是供配电设计的前提，也是实现配电系统安全、经济运行的必要手段。3.1.1车间设备分组情况 由车间平面布置图，可把一车间的设备分成5组，分组如下：NO.1：29、30、31 配电箱的位置：D-靠墙放置NO.2：1428 配电箱的位置：C-靠墙放置NO.3：1、32、33、34、35 配电箱的位置：B-靠柱放置NO.4：6、7、11、12、13 配电箱的位置：B-靠柱放置NO.5：2、3、4、5、8、9、10 配电箱的位置：B-靠柱放置3.1.2总负荷计算表 总负荷计算表如表3-1所示。表3-1 机加工一车间和铸造、铆焊、电修等车间负荷计算表编号名称类类别供电回路代号设备容量Pe/KW需要